キャリアの変調ドープを行った粉末粒子複合化による高性能熱電変換材料創製の試み

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18K04777
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分26050:材料加工および組織制御関連
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 勝山 茂 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (00224478)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 熱電変換材料 / 変調ドープ / ゼーベック係数 / 電気伝導率 / 熱伝導率 / 酸化亜鉛 / 複合焼結体

研究成果の概要

酸化亜鉛系焼結体熱電変換材料についてその微細構造制御によってキャリアの変調ドープ構造を付与することにより、その高性能化の達成を図った。
高電気伝導率粒子である(Zn0.99Al0.01)Oと低熱伝導率粒子である(Zn0.9Mg0.1)O粒子から成る複合焼結体を作製し、その熱電特性を評価した。(Zn0.9Mg0.1)Oの添加によって複合焼結体の熱伝導率は低下したが、電気伝導率は維持された。結果、無次元性能指数はわずかに上昇したが大幅な向上には至らなかった。焼結時において両粒子間の原子拡散が生じたことが大幅な向上に至らなかった主な原因であることが推測された。

自由記述の分野

材料工学、特に粉末冶金

研究成果の学術的意義や社会的意義

近年、環境・エネルギー問題への関心の高まりから熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換できる熱電変換材料が注目されている。本研究では酸化亜鉛系熱電変換材料について、電気伝導性および熱伝導性の異なる粒子を複合化させ、変調ドープ構造を導入することにより熱電変換性能の向上を試みた。結果として、大幅な性能の向上には至らなかったが、複合焼結体における組織制御という粉末冶金的手法、変調ドープ構造の導入という半導体工学的手法を組み合わせることによる性能向上の試みは独創的な着目点であり、今後の発展が大いに期待されるものである。